Schlüsselwörter
(Englisch)
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Food safety research, Microorganisms, Identification, Typing, Antimicrobial compounds, Plant-microbe interaction
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Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Pflanzliche Frischprodukte spielen in der Ernährung eine wichtige Rolle und tragen wesentlich zur Gesundheit bei. Sie haben darüber hinaus einen hohen ökonomischen Wert für landwirtschaftliche Betriebe sowie für Unternehmen in der Verarbeitung und im Handel. Deshalb ist die mikrobiologische Sicherheit dieser Produkte von grosser Bedeutung. Berichte über Krankheitsausbrüche, ausgelöst durch pflanzliche Frischprodukte welche mit Humanpathogenen kontaminiert sind, nehmen weltweit zu. Insbesondere convenience Produkte wie z.B. fresh-cut Produkte stellen ein besonderes Risiko dar. Der aktuelle Ausbruch von enterohämorrhagischen Escherichia coli (EHEC)-Infektionen in Deutschland, mit zum Teil schwerwiegenden Folgen für die Gesundheit der Erkrankten, der Nachweis von EHEC auf Salatgurken in Verbindung mit der Empfehlung zum vorsorglichen Verzicht auf den Verzehr roher Tomaten, Salatgurken und Blattsalate sowie die daraus resultierenden Umsatzeinbussen in der Gemüsebranche, unterstreichen die Relevanz der Forschung auf diesem Gebiet. Dieses Forschungsprojekt umfasst:
1) die Entwicklung von neuen, Massenspektrometrie-basierten Methoden zur schnellen Identifizierung und Typisierung (Mikroorganismen-typische Biomarker) von unerwünschten und humanpathogenen Mikroorganismen und deren Anwendung in praxisrelevanten Fragestellungen (Anbau, Verarbeitung, Lagerung),
2) die Identifizierung von bioaktiven pflanzlichen Inhaltsstoffen mit antipathogener Wirkung im Hinblick auf die Entwicklung möglicher neuer Biocontrol-Strategien, sowie
3) die Erforschung der Interaktion zwischen Pflanzen und Humanpathogenen.
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Projektziele
(Deutsch)
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1. Anwendung der Massenspektrometrie-basierten Methode ("Biotyping") zur Identifizierung von Humanpathogenen in/auf pflanzlichen Frischprodukten (Screenings). Methode zur Identifikation von Mikroorganismen typischen Proteinmarkern (Salmonella) wird etabliert, mit dem Ziel der Mikroorganismen-Typisierung, welche für die Rückverfolgbarkeit und epidemiologischen Zusammenhänge unerlässlich ist.
2. Durchführung von Bioassays (etabliert in AP 08/11) zur Identifikation von pflanzlichen, antimikrobiell wirksamen Inhaltsstoffen. Extrakte und Fraktionen von Früchten und Gemüse werden generiert und in Bioassays auf ihre antipathogene Wirkung (z.B. Salmonella) getestet. Chemische Analysen der Extrakte werden durchgeführt um die aktive Substanz zu charakterisieren.
3. Wunschziel: Die Rolle von pflanzlichen Frischprodukten als Vehikel bei der Verbreitung von Humanpathogenen soll durch Studien zur Interaktion von Pflanzen mit Humanpathogenen ergänzt werden (Mechanismus der Kolonisierung, Verbreitung in/auf Pflanzenmaterial).
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Neue Kenntnisse/Literatur
(Deutsch)
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Critzer, F. J. and M. P. Doyle (2010). "Microbial ecology of foodborne pathogens associated with produce." Current Opinion in Biotechnology 21(2): 125-130.
Kroupitski, Y., D. Golberg, et al. (2009). "Internalization of Salmonella enterica in Leaves Is Induced by Light and Involves Chemotaxis and Penetration through Open Stomata." Applied and Environmental Microbiology 75(19): 6076-6086.
Berger, C. N., S. V. Sodha, et al. (2010). "Fresh fruit and vegetables as vehicles for the transmission of human pathogens." Environmental Microbiology 12(9): 2385-2397.
Hanning, I. B., J. D. Nutt, et al. (2009). "Salmonellosis Outbreaks in the United States Due to Fresh Produce: Sources and Potential Intervention Measures." Foodborne Pathogens and Disease 6(6): 635-648.
Westrell T. (2008). "SALMONELLA TYPHIMURIUM: EXPERIENCES FROM RECENT EUROPEAN OUTBREAKS." Eurosurveillance, 13 (44).
Struelens M., Palm D., Takkinen J. (2011). "Enteroaggregative, Shiga toxin-producing Escherichia coli O104:H4 outbreak: new microbiological findings boost coordinated investigations by European public health laboratories." Eurosurveillance, 16 (24).
Robert Koch-Institut (2011). Bericht: Abschließende Darstellung und Bewertung der epidemiologischen Erkenntnisse im EHEC O104:H4 Ausbruch, Deutschland 2011.
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Arbeitsvorgang/Stand der Arbeiten
(Deutsch)
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In Teilprojekt 1 ("Biotyping") wird die in 2011 etablierte MALDI-TOF Massenspektrometrie basierte Methode zur Identifizierung von humanpathogenen und unerwünschten (z.B. Mykotoxin-produzierende Pilze) Mikroorganismen angewendet, um verschiedene Screenings von pflanzlichen Frischprodukten mit hohem Durchsatz und grosser Spezifität durchführen zu können. Die von uns etablierte schnelle Probenextraktion (Acid/Solvent-Extraction) und das anschliessende Spotting der Proben werden unter Biosicherheitsrichtlinien im Labor durchgeführt, die Messung erfolgt im Anschluss am FGCZ (Zürich). Diese Screenings erlauben ein frühzeitiges Erkennen potentieller Kontaminationen und tragen zur Erhöhung der mikrobiologischen Sicherheit der Lebensmittelkette bei (Integration in AFP NutriScope, Modul 3 "Lebensmittelsicherheit", Schwerpunkt "Mikrobiologie"). Die Weiterentwicklung der Methode in Richtung Typisierung mittels Trypsinverdau der Proben und anschliessender Tandem-Massenspektrometrie zur Identifizierung spezifischer Biomarker wird fortgeführt. Im Fokus stehen humanpathogene Bakterien, welche in verschiedenen europäischen Ländern zu Ausbrüchen im Zusammenhang mit roh verzehrtem Gemüse und roh verzehrten Früchten sowie darauf basierenden Zubereitungen geführt haben. Eine kultivierungsunabhängige Identifikation, welche den Prozess des Erregernachweises noch schneller und einfacher machen soll, wird unter Anwendung einer Separation bzw. von monolithischen Säulen getestet. Kontakte zu KMUs der Branche (pflanzliche Frischprodukte, Ready-to-Eat Salate) werden für Kooperationen ausgebaut und deren Anliegen in das Forschungsprojekt integriert. Der definitive Entscheid über Drittmittelkooperationen steht noch aus.
Das Teilprojekt 2 ("Antimikrobielle Pflanzeninhaltsstoffe") soll der Entwicklung innovativer Strategien dienen, mit welchen das Wachstum bzw. die Verbreitung von Humanpathogenen auf pflanzlichen Frischprodukten verhindert bzw. kontrolliert werden kann. Pflanzliche Extrakte aus verschiedenen Früchte- und Gemüsesorten werden mittels organisch-chemischer Extraktionsverfahren generiert und konzentriert. Diese und daraus aufgereinigte Fraktionen werden in einem Bioassay auf ihre antimikrobielle Wirkung getestet (Bioscreening). Zur Identifizierung der wirksamen Substanz werden die aktiven Extrakte und Fraktionen mittels instrumenteller Analytik (LC, MALDI-TOF MS, GC-MS/MS) untersucht. Im Fokus der Bioassays stehen Humanpathogene welche im Zusammenhang mit roh verzehrten Früchten und Gemüse in europäischen Ländern Ausbrüche verursacht haben (Salmonella spp., Escherichia coli, Listeria monocytogenes). Die gereinigten bioaktiven Substanzen bilden die Basis zur Entwicklung neuer Biocontrol-Strategien im Pflanzenbau, in der Verarbeitung, Verpackung und Lagerung.
Das Teilprojekt 3 ("Plant-microbe interaction") nimmt Bezug auf aktuelle Berichte, nach denen sich humanpathogene Bakterien auf und in Gemüse etablieren und vermehren können (Internalisierung z.B. über Stomata, Wunden, Wurzelläsionen, Blüte). Dieser Aspekt soll bei ACW unter Verwendung des Gewächshauses GX näher untersucht werden, auch um pflanzenbauliche Aspekte integrieren zu können. Der Einfluss der Wasserqualität bei Bewässerung, insbesondere während langen Trockenphasen sowie Art der Düngung sollen berücksichtigt werden. Pflanzen werden im Gewächshaus GX kultiviert und das Wachstum bzw. die Ausbreitung der Humanpathogenen (z.B. nach Inokulation) unter Anwendung der etablierten MALDI-TOF MS-basierten Identifikationsmethode bzw. mikroskopischer Analysen untersucht. Aspekte der Sortenabhängigkeit des Bakterienwachstums können bei Bedarf berücksichtigt werden. Optional soll die genetische und biochemische Interaktion zwischen der Gemüsepflanze und spezifischen Humanpathogenen analysiert werden. Die Ergebnisse sollen dazu beitragen, bakterielle Kontaminationen von Gemüse während des Anbaus zu verhindern . Das Teilprojekt nimmt Bezug auf das geplante EU FP7 Projekt "BIOEFFECT". Sollte die Akquisition nicht erreicht werden können, soll das Teilprojekt in geringerem Umfang durch OB Personal und MSc-Studierende (ETH) umgesetzt werden. Auch wenn nur Teilziele erreicht werden sollten, stellen diese aufgrund des Alleinstellungsmerkmales dieser Forschungsrichtung in der Schweiz (Wertschöpfungskettenansatz, USP) bereits einen Erfolg dar. Die weitere Förderung dieser Forschungsrichtung soll deshalb auch in den nachfolgenden Agroscope Arbeits- und Forschungsprogrammen verstärkt zum Ausdruck kommen.
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Kunden/Berichterstattung
(Deutsch)
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Gemäss Dokument zur Kundenbefragung "Forum Forschung Gemüse" soll in Teilprojekt 1 ("Biotyping") die Entwicklung einer verbesserten Probenaufbereitung zur schnelleren und effizienteren Identifikation durchgeführt werden. An diesem Teilprojekt sollen KMUs der Branche beteiligt sein, um potentielle Kontaminationen mit unerwünschten und pathogenen Mikroorganismen in/auf Gemüse frühzeitig identifizieren zu können und um die Rückverfolgbarkeit zu gewährleisten. Ziel ist es auch, mit diesen KMUs mögliche Zusammenarbeiten im Rahmen eines KTI Projektes oder der direkten Finanzierung weiterführender Studien zu prüfen. Ein erstes Treffen hierzu findet am 10.6.2011 statt. Im Standardbericht "Kundenkonsultationen AP 2012-2013" vom 3.12.2010 wurden keine weiteren Anliegen neu eingebracht.
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